稻田溫室氣體減排成本收益分析

米松華，黃祖輝，朱奇彪，黃河嘯，李寶值

(1.浙江省農業科學院 農村發展研究所，浙江 杭州 310021； 2.浙江大學 中國農村發展研究院，浙江 杭州 310058)

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稻田溫室氣體減排成本收益分析

米松華1，黃祖輝2，*，朱奇彪1，黃河嘯1，李寶值1

(1.浙江省農業科學院 農村發展研究所，浙江 杭州 310021； 2.浙江大學 中國農村發展研究院，浙江 杭州 310058)

應用政府間氣候變化專門委員會(intergovernmental panel on climate change， IPCC)推薦方法計算稻田不同技術組合溫室氣體排放量和單項技術減排潛力，運用邊際減排成本曲線確定區域內由基準模式向最(次)優減排模式轉化的相應成本，對稻田溫室氣體減排不同技術組合的成本-收益進行評估，確定成本有效性減排技術組合和區域內不同減排技術組合轉化的邊際減排成本。研究表明：(1)稻田土壤是最大排放源，其次是氮肥直接和間接排放。優化灌溉技術、氮素來源、輪作方式以及開展秸稈還田可降低水稻種植周期溫室氣體排放1.52%～40.17%，最大減排潛力來自于灌溉技術與模式選擇差異；(2)以浙江省臺州市黃巖區為例，以“淹水灌溉+化肥+秸稈燃燒”作為基準技術組合，由基準技術組合模式轉向4種“低排放”技術組合模式的影子價格為1.63～9.79元·kg-1CO2當量，“淹水灌溉+化肥+秸稈移走(作建筑材料)”技術組合模式最具成本有效性。

稻作系統；溫室氣體排放；甲烷；成本-收益分析

氣候變化現已成為人類面臨的最主要的全球環境問題之一。大量溫室氣體(GHG)來自化石能源燃燒，現代集約農業以約14%～20%的排放量成為溫室氣體第二大排放源，包括土壤二氧化碳(CO2)排放、稻田和反芻牲畜甲烷(CH4)排放以及氮肥施用氧化亞氮(N2O)排放[1]。農業生產中，能源、化肥、殺蟲劑、農膜等工業投入品直接或間接排放溫室氣體的同時，還伴隨著土壤、水體、空氣的立體交叉污染和食品不安全等嚴重的負外部性問題[2]。如何創新低碳農業系統，提高資源能源利用效率，降低現代石油農業對環境的負面影響已成為一個重要的科學命題。其中，成本-收益分析對于農業減排技術推廣和農戶采納無疑具有重要意義。

農業減排問題經濟分析多數依靠邊際減排成本曲線(marginal abatement cost curves，MACCs)，邊際減排成本曲線描述了不同減排措施的成本有效性(減排單位溫室氣體所多投入的成本)和減排潛力(減排量)之間的關系。Minihan等[3]應用MACC估算了愛爾蘭畜牧業各項減排措施的邊際減排成本；MacLeod等[4]以英國種植業和農田土壤減排為研究對象，不僅對減排技術進行了系統匯總，且通過專家評估和MACC對特定減排措施的技術可行性、成本有效性、減排潛力進行了評價和測算，從而篩選出具有技術和經濟可行性的減排技術路徑，成為綜合技術篩選和經濟分析的跨學科研究的經典文獻；Wassmann等[5]對水稻種植不同技術組合排放核算方法及成本-收益進行了系統研究，在排放核算方法方面，發展了農業部門溫室氣體排放技術參數，建立了水稻生命周期直接與間接排放的投入產出關系；在不同減排技術組合成本-收益分析方面，應用MACC篩選出不同區域具有成本有效性的減排措施。國外上述農業源溫室氣體排放核算和經濟分析已有研究體現3個特點：一是數據來源采用村和農戶層面數據；二是結合具體產業或某一具體排放源開展研究；三是上述研究多基于土壤和氣候條件的空間異質性和農戶社會經濟條件的區域差異性進行，即探究空間異質性對減排技術成本有效性的影響。

國內農業源溫室氣體減排技術研究目前主要集中在自然科學領域。Cai等[6]基于近20年的田野試驗，為中國農田(含旱地和稻田)N2O和CH4排放積累了大量基礎數據；董紅敏等[7]總結了減少牲畜腸道CH4排放、稻田CH4排放、畜禽糞便CH4排放和農田N2O排放4大項12個子項的減排技術措施；張衛峰等[8]與英國洛桑實驗室在“優化氮肥管理，發展低碳經濟”方面開展合作研究，提出農田氮肥N2O減排技術；米松華等[9]應用修正式德爾菲法篩選出“確定性強、可行性強、減排潛力大、增產或穩產、農戶易于采納”的農田、稻田、畜牧業3大類18個子項適用性農業減排技術和管理措施清單。相對于農業減排技術的豐碩成果，我國減排技術成本-收益分析明顯欠缺。本研究對浙江、江蘇、湖南3省11個村稻作制度典型模式進行實地調研，獲得稻農水肥管理、秸稈利用、輪作方式以及相應投入產出實物量和價值量的數據，定量比較稻農采用不同技術組合的減排潛力和成本收益，篩選出“低排放-高收益”技術組合，對區域內高排放技術組合向低排放技術組合轉化的成本有效性進行評價，為我國農業減排技術推廣和農業減排增匯生態效益補償提供決策參考。

1　研究方法和數據來源

1.1稻田減排技術

水稻是我國第一大糧食作物，我國水稻生產過程GHG排放占農業總排放的17.9%，占甲烷排放總量的35.8%[10]，因此，本文以稻田減排技術成本-收益分析為研究對象。稻田CH4排放主要受土壤性質、灌溉和水分狀況、施肥、水稻生長和氣候等因素影響[10-11]，稻田減排(CH4和NO2)技術集中在以下幾個方面[11-16]：

灌溉模式——間歇灌溉、中期排水與烤田；

秸稈管理——生物質能源；

添加劑——甲烷抑制劑、硝化抑制劑；

土地管理——免耕直播、水旱輪作；

品種選育——低滲透率水稻品種、氮素高效利用品種。

1.2邊際減排成本曲線

邊際減排成本曲線已成為評估減排成本的標準化工具[17-20]。曲線(圖1)從左到右表明，隨著減排量增加，邊際減排成本上升。不同減排技術對應曲線不同位置，因此一些措施可能以較低成本降低排放量(A)，另一些措施可能帶來更多減排量，但同時也對應更高減排成本(B)。邊際減排成本曲線能清楚識別具有成本有效性的減排措施(通常位于影子價格以下)，而影子價格(或稱門檻價格)可用于農業碳減排補貼或減排量交易。邊際減排成本曲線繪制需要減排技術選取、減排成本估算、減排潛力評價(一般涉及減排速率估算和實施面積)，其中，減排成本估算是重點和難點。常用的方法包括自上而下分析，采用一般均衡模型將減排量作為外生變量，提供全國或全球尺度的總減排成本；或自下而上分析，基于農戶調查數據，采用線性規劃模型提供區域尺度的減排成本。

1.3樣本選取和數據來源

2012年5—8月和2015年6—8月，受國家社會科學基金項目和浙江省自然科學基金項目的聯合資助，筆者與浙江大學中國農村發展研究院8名博士研究生分別赴浙江、江蘇、湖南進行調研。綜合考慮水稻生產土壤、溫度、降水、地形特征等農業生產條件差異以及近年水稻生產面臨的現實問題，最終確定寧波市鄞州區、臺州市黃巖區、麗水市松陽縣、江蘇省姜堰市、湖南省岳陽市作為調研區域。其中：寧波市鄞州區是全國糧食生產先進區，在沿海發達地區保證糧食播種面積方面較突出；臺州市黃巖區是浙江省傳統農區，與楊梅、果蔗等特色經濟作物相比，種糧比較收益低且糧食生產經濟規模小而分散的問題特別突出；麗水市松陽縣系浙西南丘陵山區，水稻種植基礎條件與平原地區的差異或導致稻農生產行為的不同；姜堰市是江蘇省最早、規模最大的無公害大米生產地區，稻農對減排技術和管理措施或有更強的采納意愿；湖南省岳陽市是湖南省乃至我國傳統雜交水稻種植基地，在水稻新品種選育和推廣方面一直走在全國前列。隨后請當地農業局安排各縣(市、區)樣本村，其中每縣(市、區)選取2～3個樣本村，共選取上述3省5縣(市、區)6鄉鎮具有代表性稻作模式的11個行政村，采用問卷調查法，共發放調查問卷268戶，經人工檢查剔除邏輯錯誤的樣本31份，共回收有效問卷237份，獲取了以下主要信息：(1)稻農水稻種植過程中灌溉模式、氮素來源、秸稈管理以及輪作方式；(2)能源消耗相關數據，包括單位面積氮肥用量和柴油用量；(3)稻農近3年成本收益詳細數據，包括單位面積產量和單價，單位面積種子、化肥、商品有機肥、農藥、育秧、租賃作業、機械燃料、農機維修、烘干、土地租金、用工成本等。稻田溫室氣體排放計算公式為排放源乘以相應排放因子，計算方法主要采用政府間氣候變化專門委員會(intergovernmental panel on climate change， IPCC)推薦方法，相關系數、因子見表1。

圖1　邊際減排成本曲線Fig.1　Marginal abatement cost curve

2　水稻種植不同技術組合溫室氣體排放及成本收益分析

2.1水稻種植不同技術組合溫室氣體排放效果比較

表2反映了各樣本點稻農種植水稻所采用的技術組合。為使下文表述更為清晰簡潔，表3對相關組合進行編碼和說明。

稻農采用不同耕作技術和管理措施可能會影響稻田溫室氣體的直接或間接排放。本研究考慮水稻種植全周期溫室氣體排放，包括：稻田CH4排放、氮肥施用N2O排放、農機使用CO2排放、秸稈燃燒CH4和N2O排放及氮肥在生產和運輸過程中間接耗能所導致的CO2排放。需要特別說明的是，水稻種植施用糞肥不多，主要用作底肥，故并未考慮糞肥施用本身所引起的溫室氣體排放；姜堰市河橫村生物肥料折純后既考慮其施用所引起的N2O排放，還參照化肥，考慮其在生產和運輸過程中的間接CO2排放；秸稈還田作為土壤有機質補充方式，目前還未見對其所引發溫室氣體排放的一致計算方法，因此并未將秸稈翻埋還田作為氮素來源，而是與綠肥一樣，認為綠肥和秸稈還田對氮素補充的作用體現在土壤有機質改善后節省的化肥投入方面，對于秸稈的多種用途，只考慮焚燒所導致的相關排放。各種技術和管理措施組合的溫室氣體排放基礎數據來自樣本稻農調查，詳見表4，計算結果詳見表5和圖2。

表1稻田溫室氣體排放參數/系數來源

Table 1Sources of parameters and coefficient of greenhouse gas emissions in rice field

排放源參數/系數數據來源稻田CH4排放1.808kgCH4·hm-2·a-1IPCC[21]氮肥施用N2O排放0.002kgN2O·kg-1IPCC[21]氮肥生產運輸過程間接碳排放生產環節3.6tCO2·t-1,運輸環節1.224tCO2·t-1許秀成[22];賈順平等[23]農機CO2排放3.25tCO2·t-1柴油中國能源統計年鑒熱值表[24];IPCC[21]秸稈燃燒溫室氣體排放秸稈/作物比;干物質含量;含碳量;燃燒百分率IPCC[21];《農業技術經濟手冊(修訂本)》[25]CO2,CH4,N2O溫室氣體增溫潛勢1,25,298IPCC[21]

注：水稻分單季稻和雙季稻兩種，生長天數分別核算。

表2樣本點稻農實踐的技術和管理措施組合

Table 2Characterization of study sites and adopted rice management technologies

區域稻農采用的技術和管理措施灌溉模式氮素來源秸稈管理輪作方式浙江省臺州市黃巖區院橋鎮升上洋村、淹水灌溉化肥①翻埋還田②(96%)單季晚稻+西蘭花占堂村、蘇樓村淹水灌溉化肥焚燒單季晚稻+芋頭間歇灌溉化肥+綠肥(豆類)翻埋還田(96%)單季晚稻+豆類淹水灌溉化肥移走③水稻+蔬菜濕潤灌溉化肥翻埋還田(100%)馬鈴薯+單季晚稻浙江省麗水市葉村鄉包安山村、章家村淹水灌溉化肥+綠肥(蠶豆)翻埋還田(96%)蠶豆+玉米+晚稻淹水灌溉化肥+糞肥翻埋還田(96%)稻—稻浙江省寧波市鄞州區姜山鎮五龍橋畈間歇灌溉化肥+綠肥(紫云英)翻埋還田(96%)稻—稻、稻—麥、稻—鴨淹水灌溉化肥+綠肥(紫云英)翻埋還田(96%)稻—稻江蘇省姜堰市沈高鎮河橫村濕潤灌溉生物肥料④翻埋還田(100%)稻—麥、稻—油間歇灌溉化肥翻埋還田(98%)稻—麥

注：①調研樣本點都實行了測土配方施肥(即配方肥)，由于配方肥只是根據土壤“缺什么補什么”，實則仍為化肥(復合肥)，故此處一概采用化肥描述。②括號內為對應技術組合秸稈還田率均值。③移走是指當地生豬散養戶，將水稻秸稈運到自家院子曬干后，蓋在豬棚上面或墊在豬圈里面。④河橫村“三安”水稻種植基地農戶采用三安集團提供的生物肥料(替代化肥)和生物保護劑(替代農藥)。

表3樣本點不同水稻種植技術和管理措施組合編碼和特征描述

Table 3Code and characterization of rice management technologies in study sites

編號技術名稱灌溉模式氮素來源秸稈管理輪作方式1acf_fe_in_ve淹水灌溉化肥翻埋還田稻—蔬1b※cf_fe_bu_ve淹水灌溉化肥焚燒稻—蔬1ccf_fe_re_ve淹水灌溉化肥移走稻—蔬1dcf_fg_in_fo淹水灌溉化肥+綠肥(蠶豆)翻埋還田糧—稻1ecf_fm_in_ri淹水灌溉化肥+糞肥翻埋還田稻—稻1fcf_fg_in_ri淹水灌溉化肥+綠肥(紫云英)翻埋還田稻—稻2amd_fg_in_fo間歇灌溉化肥+綠肥(豆類)翻埋還田稻—糧2bmd_fg_in_fo間歇灌溉化肥+綠肥(紫云英)翻埋還田稻—糧2cmd_fe_in_fo間歇灌溉化肥翻埋還田稻—糧3aaf_fe_in_fo濕潤灌溉化肥翻埋還田糧—稻3baf_bi_in_fo濕潤灌溉生物肥料翻埋還田稻—糧

注：cf，淹水灌溉；md，間歇灌溉；af，濕潤灌溉；fe，化肥；fg，化肥+綠肥；fm，化肥+糞肥；bi，生物肥料；in，秸稈還田；bu，秸稈焚燒；re，秸稈移走用于其他用途；ve，蔬菜；fo，糧食；ri，水稻。※為一個比較基準(baseline)。

由表5可知：不同水稻種植技術和管理措施組合的溫室氣體排放有顯著差異，排放量在509.09 kg CO2當量·667 m-2(濕潤灌溉、化肥、秸稈還田、稻—糧輪作)到850.88 kg CO2當量·667 m-2(淹水灌溉、化肥、秸稈還田、稻—蔬輪作)。如圖2所示，針對不同技術組合，在稻田、氮肥、農機、秸稈燃燒所導致的溫室氣體排放中，稻田土壤均為最大排放源，氮肥直接和間接排放緊隨其后，這一研究結論與Wassmann等[5]以菲律賓、中國和印度為研究區域測算的13種水稻技術組合溫室氣體排放結構相同。

表4不同水稻種植技術和管理措施組合溫室氣體排放計算基礎數據(單位：kg·667m-2)

Table 4Indices used for greenhouse gas emissions of rice management technologies

編號產量氮肥折純用量柴油用量1a70014.226.801b60012.856.501c60011.946.101d58010.504.60①1e450②12.765.701f500②12.207.072a75014.906.802b50011.327.072c70012.657.103a55011.886.803b50020.70③7.10

注：①1d模式為“蠶豆/玉米—單季稻”糧經新三熟技術，玉米接茬連作晚稻節省了前期耕作農機耗能；②雙季稻對應數值取早稻和連作晚稻均值；③3b施用的為三安生物肥料，據三安集團駐河橫村有機水稻種植基地工作人員介紹，三安生物肥料相當于肥效不低于含氮磷鉀45%化學復混肥料(18-18-9)，農戶施用三安生物肥料均值115 kg·667 m-2，折合純氮20.7 kg·667 m-2。

根據研究目的，基于表5進一步比較灌溉技術、氮素來源、秸稈管理、輪作方式各自減排潛力。

比較1a，1d，1f，1e四種技術組合，其灌溉技術和秸稈處理方式相同，但氮素來源不同，將氮素養分來源從單純投入化肥轉為化肥和綠肥組合(化肥+豆類，化肥+紫云英)、化肥和糞肥混施，可分別減排5.70%，2.81%和2.69%。

比較1a，3a，2c三種技術組合，其差別主要體現在灌溉技術方面，如果灌溉技術從淹水灌溉調整到濕潤灌溉和間歇灌溉，可依次減排40.17%和32.39%。

比較1b，1a，1c三種技術組合，其差別主要體現在秸稈利用方式上，相較于秸稈還田，秸稈用于畜舍建筑材料和焚燒，可分別減排4.39%和1.51%。值得注意的是，盡管就單項秸稈處理方式來看，秸稈焚燒排放量最高，但在本研究中，秸稈還田反而比焚燒總排放高，主要是兩種模式氮肥施用量不同所致。

比較稻—稻輪作(1f)與糧—稻輪作(1d)，稻—稻輪作比糧—稻輪作多排放3.07%。

因此，從單項減排潛力來看，改善灌溉技術、氮素來源、秸稈處理以及輪作方式可降低稻田溫室氣體排放1.51%～40.17%，最大減排潛力來自于灌溉技術與模式選擇差異。但是，減排技術組合以及單項減排技術都可能涉及額外的費用，從而可能降低稻農凈收入，阻礙減排技術采納。最終，每項減排技術的成本與收益在很大程度上共同決定農戶相關技術采納。

表5不同水稻種植技術和管理措施組合的溫室氣體排放(單位：kg CO2當量·667 m-2)

Table 5Greenhouse gas emissions of rice management technologies

編號技術名稱稻田CH4氮肥N2O農機CO2秸稈CH4N2O間接排放CO2總排放1acf_fe_in_ve666.7513.3121.05076.6873.09850.881bcf_fe_bu_ve666.7512.0320.12073.0666.05838.011ccf_fe_re_ve666.7511.1818.89055.3361.37813.521dcf_fg_in_fo666.759.8314.24057.5953.97802.381ecf_fm_in_ri666.7511.9517.65066.0665.59828.001fcf_fg_in_ri666.7511.4321.89064.2362.71827.012amd_fg_in_fo407.0013.9521.05080.6076.59599.192bmd_fg_in_fo407.0010.6021.89060.1658.18557.832cmd_fe_in_fo407.0011.8521.98069.4065.02575.253aaf_fe_in_fo352.2511.1321.05063.6061.06509.093baf_bi_in_fo352.2519.3921.980103.70106.40603.72

注：①間接排放為氮肥生產和運輸中耗能所排放的CO2；②總排放量為各分項單位面積溫室氣體排放量加和得到，各分項根據IPCC(2007)推薦公式和參數進行測算，再分別將其CO2，CH4，N2O排放量乘以各溫室氣體的全球溫室氣體增溫潛勢(GWP)加總而得，CO2，CH4，N2O的GWP分別為1，25，298 kg CO2當量·667 m-2；③秸稈還田對甲烷的影響與耕作方式有關，故合計在稻田甲烷排放核算一欄。

圖2　水稻不同技術組合稻田、氮肥(直接和間接)、農機、秸稈燃燒溫室氣體排放結構示意圖Fig.2　Contribution of soil， on-and off-farm fertilizer application， farm machinery and rice straw burning in rice-based production system under the current farmers’ practice on global warming potential (GWP) in study sites

2.2水稻種植不同技術組合成本收益比較

在上述不同水稻種植技術組合減排潛力分析基礎上，進一步分析各技術組合的成本收益情況，從而明確具有成本有效性(cost-effective)的減排技術和管理措施組合。其中，成本費用主要包括單位面積種子、土地租金、化肥、商品有機肥、農藥、機械作業費用(燃料動力費)或租賃作業費、人工費等；單位面積收入只考慮水稻收入(單位面積產量與單價乘積)；單位面積凈利為單位面積收入減單位面積成本費用，樣本點各技術組合成本費用和收益情況詳見表6。

表6不同水稻種植技術和管理措施組合的成本收益

Table 6Yield and net returns of rice management technologies in study sites

編號產量及產值產量/(kg·667m-2)單價/(元·kg-1)產值/(元·667m-2)成本費用/(元·667m-2)種子化肥商品有機肥農藥育秧成本租賃作業機械燃料農機維修烘干土地租金用工成本凈利/(元·667m-2)1a7002.8196040220—130——80101002008403401b6002.8168030120—110——6010902007203401c6002.8168030150—120——6010902007203001d5802.816244080—110401501010801507002541e4502.812603590—10040—5010231505202421f5003.0150040708060——5010602506002802a7502.8210060200—150——90101062008404442b5003.417004010080120——50101002506003502c7003.2224032200—105—240—7—25010503563a5502.815402880—100—320—10802004802423b5004.0200030—230150—240—7—250750343

注：(1)此表假設水稻商品化率為100%；(2)此表未考慮各種補貼、自營地折租、農機等固定資產折舊、秸稈等副產品價值；(3)表中數值為采用每種相應技術組合農戶成本收益的均值、雙季稻取早稻和連作晚稻均值；(4)土地租金折為單季流轉地租金；(5)租賃作業為“—”代表相應技術組合農戶基本實現部分機械化(機耕、機收、部分實現機插)，因此農機方面主要體現在燃料動力費；同理，機械燃料為“—”代表相應技術組合農戶基本采用農機租賃(尤其是農機跨區作業)，這其中已含有燃料動力費。據調研，一般租賃作業費為：插秧50元·667 m-2、耕作90元·667 m-2、打水45元·667 m-2、收割65元·667 m-2。

2.2.1水稻種植不同技術組合的碳排放與碳生產力

低碳農業的最終目標是實現“低碳高增長”，將農業經濟增長建立在較少的溫室氣體排放基礎上，并由此帶來多種正外部效應，從而促進農業的可持續發展。基于表5和表6，計算了不同技術組合的碳生產力(單位CO2當量帶來的單位面積凈利)，結果詳見表7，從靜態角度篩選出高生產力、高收益、低排放的技術組合模式。

由表7可以看出：不同技術組合碳生產力在0.29～0.74 元·kg-1CO2當量之間。其中，間歇灌溉模式(2a，2b，2c)表現出明顯較高的碳生產力；淹水灌溉模式(1a—1f)則顯示出較低的碳生產力；稻—稻輪作(1e，1f)相對于其他水旱輪作也表現出較低的碳生產力。

根據單位產量排放量和單位面積凈利，圖3將11種技術組合劃分為高排放高收益、低排放高收益、高排放低收益、低排放低收益4類，可見，2a，2b，2c為低排放-高收益技術組合模式，尤其是2a和2c在產量、凈利潤、單位面積排放量、單位產量排放量等多項比較中均表現突出，說明低碳現代農業內涵核心——低碳高增長，是可以通過合理的技術組合模式得以實現的，這3種高碳生產力技術組合模式可作為我國稻田減排技術示范推廣的重點。

表7不同水稻種植技術和管理措施組合的碳排放及碳生產力

Table 7Emissions and carbon productivity of rice management technologies in study sites

編號單位面積排放量/(kgCO2當量·667m-2)單位產量排放量/(kgCO2當量·kg-1)碳生產力/(元·kg-1CO2當量)1a850.881.210.401b838.011.400.411c813.521.360.371d802.381.380.321e828.001.840.291f827.011.650.342a599.190.800.742b557.831.120.632c575.250.820.623a509.090.930.483b603.721.210.57

注：單位產量排放量由單位面積排放量/單位面積產量計算得到；碳生產力由單位面積凈利潤/單位面積排放量計算得到。

圖3　水稻不同技術組合排放-收益關系分類Fig.3　Classification of rice management technologies based on GHG emission and net return

2.2.2水稻種植不同技術組合的成本有效性

以浙江臺州黃巖區為例，以1b(淹水灌溉、化肥、秸稈燃燒、稻—蔬輪作)技術組合作為基準模式，以區域內低排放模式為目標模式，定量分析由基準模式向目標模式轉變的減排成本和減排量，即減排成本有效性。其研究意義在于，減排作為一種公共產品，為推進農戶減排技術和管理措施的采納，政府應提供多少補貼額或農業減排參與碳交易定價多少，才能激勵農戶采納相應的減排技術和管理措施。

圖4可表示以淹水灌溉、化肥、秸稈燃燒為基準技術組合向低排放技術組合轉化的減排成本及其相應的減排量，陰影部分對應每種技術組合總減排成本；碳排放影子價格表示相對于基準模式，各技術組合每減排1 kg CO2當量的減排成本，可用于制定農戶減排技術采納的單位補貼額或碳交易價格。結果表明：由基準技術組合模式轉向4種“低排放”技術組合模式的影子價格為1.63元～9.79元·kg-1CO2當量。從單位減排成本的角度來看，淹水灌溉、化肥、秸稈移走技術組合模式(cf_fe_re_ve)最具成本有效性，該技術組合模式的核心是秸稈資源化利用；其次為淹水灌溉、化肥+綠肥(豆科)、秸稈還田技術組合模式(cf_fg_in_fo)，該技術組合模式的核心是生物固氮。這兩種技術組合模式相對于基準技術組合模式產量變化不大，農戶較容易接受，因此可考慮將這兩種技術組合模式作為浙江臺州黃巖基準模式向“低排放”模式轉化的主要補貼模式，如補貼40/86元·667 m-2或每減排1 kg CO2當量補貼1.63/2.41元(涉及稻田甲烷監測設備儀器投資以及核查等相關交易費用)，相應獲得24.49/35.63 kg CO2當量·667 m-2的減排量。參考以上方法，各區域可以確定由基準模式向“低排放”模式轉化具成本有效性的技術組合模式以及相應的補貼額或碳交易價格。

技術組合凈利潤/(元·667m-2)排放量/(kgCO2當量·667m-2)減排成本/(元·667m-2)減排量/(kgCO2當量·667m-2)累計減排量/(kgCO2當量·667m-2)影子價格/(元·kg-1CO2當量)cf_fe_bu_ve340838.01————cf_fe_re_ve300813.524024.4924.491.63cf_fg_in_ri280827.016011.0035.495.45cf_fg_in_fo254802.388635.6371.122.41cf_fm_in_ri242828.009810.0181.139.79

圖4　稻田邊際減排成本曲線圖解Fig.4　Marginal abatement cost curves in rice-based production system

3　討論與結論

3.1結論

(1)水稻種植全周期溫室氣體排放是灌溉模式、氮素來源、秸稈管理、輪作方式等不同技術和管理措施共同作用的結果，灌溉技術和模式表現出最大減排潛力，其次為氮素來源，秸稈資源化、能源化利用和水旱輪作、稻—稻輪作減排潛力差別不大。

(2)水稻種植不同技術組合表現出各異的排放效果和成本收益。邊際減排成本曲線為區域內不同減排技術轉化提供了基于成本有效性的分析方法，通過對“高排放”技術組合按單位面積或減排單位CO2當量進行補貼，將可能促使農戶采納“低排放”技術組合。

(3)由“高排放低收益”技術組合向“低排放高收益”技術組合轉變的實質是提高農業投入品和資源能源利用效率，這樣不僅能減排農業源溫室氣體，還附帶改善農業面源污染、降低農業生態系統脆弱性、保障食品安全等多種正外部效應。

3.2討論

目前，國內農業減排問題研究多偏重于技術可行性分析，對農戶采納減排技術成本-收益的經濟可行性分析明顯欠缺。本文通過對水稻種植全周期不同技術組合排放效果和成本收益的比較分析，篩選出“低排放高收益”技術組合模式以及由“高排放低收益”模式向“低排放高收益”模式轉化的邊際減排成本，基于本文技術和經濟可行性一體化分析或可為我國農業減排技術推廣和農業減排固碳生態效益補償提供決策參考。

基于調研區域不同技術組合減排潛力和成本收益比較分析結果，本文得出以下幾點政策啟示：一是強化秸稈還田和間(套、輪)作綠肥作物，補充土壤有機質含量，降低土壤溫室氣體排放，提高土壤碳匯儲備；二是強化氮肥管理，推廣測土配方施肥和精準定量施肥技術，提高氮肥利用效率，降低氮肥生產、運輸、施用全過程直接和間接能源消耗和溫室氣體排放；三是強化間歇灌溉和濕潤灌溉等節水灌溉技術；四是盡快制定配套扶持政策，對綠肥作物種植、秸稈資源化能源化綜合利用、緩釋肥、水利基礎設施建設維護等給予重點補貼，強化教育培訓、技術推廣、田間指導等農業減排技術推廣體系，推進區域“高排放低收益”模式向“低排放高收益”模式轉化。

本研究與Smith等[1]和Wassmann等[5]樣本選取原則一致，即選取農戶和村級數據對農業源溫室氣體減排技術組合進行評價，這主要是考慮到土壤和氣候條件的空間異質性。不同目標區域、不同技術組合的減排潛力和成本有效性存在差異的特性也決定了將區域個案定量研究結論轉變為國家層面一般性結論是具有很高的不確定性的。此外，即使就單個研究區域而言，不同技術組合和管理措施涉及的成本和價格具有動態性，隨著減排技術組合實施后土壤特性(有機質、酸堿性等)及成本收益變化，都決定了減排潛力和具有成本有效性的技術組合或發生變化，這說明區域特定性是農業源溫室氣體減排技術和低碳農業體系研究的基本思想。從方法上來說，本研究排放量核算只是采用IPCC推薦缺省值和相關文獻參數/因子進行簡單估算，且未考慮技術組合中各單項技術的相互影響；成本收益核算未考慮減排技術的附帶成本和額外收益。因此，還需要更多區域案例和方法改進，以夯實本文提出的研究結論和由此提出的政策建議。

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(責任編輯高峻)

Cost-benefit assessment for greenhouse gas mitigation in rice-based agriculture

MI Song-hua1， HUANG Zu-hui2，*， ZHU Qi-biao1， HUANG HE-xiao1, LI Bao-zhi1

(1.InstituteofRuralDevelopment，ZhejiangAcademyofAgriculturalSciences，Hangzhou310021，China; 2.CenterforAgriculturalandRuralDevelopment，ZhejiangUniversity，Hangzhou310058，China)

This study presented a modeling tool to assess emission of greenhouse gases(GHGs)from rice-based agricultural system as affected by different mitigation technologies， as well as mitigation potential of single technology according to technical coefficients recommended by intergovernmental panel on climate change (IPCC). As there were a range of technically feasible measures to reduce agricultural GHG emissions， the present study also developed a marginal abatement cost curve (MACC) to assess their cost-effectiveness and mitigation potential in the field. It was shown that with the current farmers’ practice in China， soil-borne emissions were the major source of GHGs， followed by nitrogen fertilizer application both on-and off-farm. Through improvement in water management， inorganic/organic N supply， rotation and straw returning， GHG emission could be reduced by 1.52% to 40.17% during the whole cropping cycle. A significant reduction of global warming potential (GWP) could be achieved by modification of water management. The present study then assessed GHG emissions and economic returns under different mitigation technologies in rice growing region. Taking Huangyan District， Taizhou City as an example， the shadow price would be 1.63 to 9.79 yuan·kg-1CO2equivalent (CE) when baseline technology (continuous flooding， urea fertilization， burning of rice straw) was converted to preferable options， and the technology combinations including continuous flooding， urea fertilization and straw used as construction material exhibited the highest cost-effectiveness.

rice-based agricultural system; greenhouse gases emissions; methane; cost-benefit analysis

10.3969/j.issn.1004-1524.2016.04.26

2016-02-17

國家社會科學基金項目(11CGL057)；浙江省自然科學基金項目(LY14G030012)

米松華(1977—)，女，黑龍江哈爾濱人，博士，助理研究員，研究方向為農業資源經濟學。E-mail: wzhwmt@aliyun.edu.cn

，黃祖輝，E-mail: zhhuang@zju.edu.cn

F30

A

1004-1524(2016)04-0707-10

米松華，黃祖輝，朱奇彪，等. 稻田溫室氣體減排成本收益分析[J]. 浙江農業學報，2016，28(4)： 707-716.